用于空間緊湊型設(shè)計(jì)的微型隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器

分布式電源架構(gòu)的發(fā)展相應(yīng)推動(dòng)了微型低功耗 (2 W) DC/DC 轉(zhuǎn)換器的發(fā)展。顧名思義，這些器件能夠最大程度地縮小轉(zhuǎn)換器占用的板級(jí)空間。該種器件的體積僅為 0.71 x 0.29 x 0.09 英寸（18.1 x 7.6 x 2.35 毫米），為工業(yè)應(yīng)用與安全性至關(guān)重要的應(yīng)用（如電信及醫(yī)療設(shè)備等）中的模擬電路提供使用點(diǎn) (point-of-use) 隔離式功率轉(zhuǎn)換。此外，微型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器還為那些需要電隔離輸出電源或需要降低模擬電路噪聲的設(shè)計(jì)人員提供了便利。

對(duì)于大多數(shù)對(duì)噪聲敏感的新型電路而言，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員常常需要保證少數(shù)元件與輸入電源實(shí)現(xiàn)完全隔離。我們應(yīng)將本地電源軌上的負(fù)載與噪聲同整個(gè)系統(tǒng)主供電軌相隔離。比如，混合信號(hào) IC 設(shè)計(jì)常常由于噪聲問(wèn)題而導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作。大量的數(shù)字噪聲加上敏感的模擬電路常常會(huì)造成干擾噪聲 [1]。

帶電隔離的微型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器可實(shí)現(xiàn)極低的輸出噪聲以及極高的精確度。電隔離可在轉(zhuǎn)換器的二次側(cè)形成浮動(dòng)接地，因而有助于降低系統(tǒng)噪聲 [2]。因此，我們可通過(guò)輸入至輸出的隔離來(lái)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的隔離式輸出電源，此外我們也可利用它來(lái)產(chǎn)生不同的電壓軌、雙極軌和/或非標(biāo)準(zhǔn)電壓。此外，作為模擬電路中的噪聲降低技術(shù)，隔離層 (isolation barrier) 還可避免數(shù)字接地總線影響敏感的模擬電路。

標(biāo)準(zhǔn)的磚型轉(zhuǎn)換器 (brick-type converter) 并不適合這種要求。除了其成本較高之外，磚型轉(zhuǎn)換器的輸出功率也不適合功率小于 2W 的應(yīng)用。此外，磚型轉(zhuǎn)換器的安裝面積過(guò)大。設(shè)計(jì)人員希望實(shí)現(xiàn)設(shè)備微型化，以節(jié)約寶貴的板上空間 (board real estate)。由于微型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器甚至比新型的 16 分之一磚型轉(zhuǎn)換器還要小很多（0.29 平方英寸相比于 1.17 平方英寸，18,709.64 平方毫米相比于 754.84 平方毫米），因此其特別適合在空間緊湊的設(shè)計(jì)中生成板上電壓。

那么，為什么不自主開(kāi)發(fā) DC/DC 電源呢？對(duì)于磚型轉(zhuǎn)換器和現(xiàn)成的微型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器來(lái)說(shuō)，分立組件板上轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)是不錯(cuò)的選擇。但是，進(jìn)行分立設(shè)計(jì)的人越來(lái)越少。其缺點(diǎn)在于很難實(shí)現(xiàn)額外的功能（如設(shè)備保護(hù)和模塊到模塊的同步等），可靠性較低，而且難以減小電源的體積。此外，就許多高級(jí)產(chǎn)品而言，DC/DC 轉(zhuǎn)換器不過(guò)是其中的組件之一，設(shè)計(jì)人員很難有時(shí)間專門(mén)研究轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)，成為相關(guān)設(shè)備的專家。鑒于上述困難，越來(lái)越多的設(shè)計(jì)人員選擇應(yīng)用微型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。這種轉(zhuǎn)換器大幅降低了風(fēng)險(xiǎn)，顯著加快了新品上市時(shí)間，并大大節(jié)約了開(kāi)發(fā)成本。

除了相對(duì)于磚型轉(zhuǎn)換器和分立設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)之外，微型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器還可為負(fù)載點(diǎn) (POL) 功率轉(zhuǎn)換提供小型的功率解決方案。POL 轉(zhuǎn)換器幫助設(shè)計(jì)人員解決新型高性能半導(dǎo)體設(shè)備高峰值電流要求以及低噪聲容限要求所提出的挑戰(zhàn)。這種轉(zhuǎn)換器可放置于靠近其負(fù)載的地方。這樣能夠盡量減少壓降造成的損失，有助于克服噪聲敏感性和 EMI 干擾問(wèn)題，并能保證在動(dòng)態(tài)負(fù)載條件下嚴(yán)格進(jìn)行調(diào)節(jié)。

供貨情況

CD Technologies、德州儀器 (TI) 與 Wall Industries 等提供的微型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器為那些要求隔離功能并需要 20 mA 至 500 mA 輸出電流的設(shè)計(jì)人員提供了幫助。有關(guān)轉(zhuǎn)換器輸入為 5 V、12 V、15 V 或 24 V。單輸出轉(zhuǎn)換器的電壓從 3.3V 到 24 VDC 不等。雙輸出轉(zhuǎn)換器的電壓則從 ±3.3 到 ±24 VDC 不等。

微型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器在輸入到輸出的額定隔離電壓為 1000、1500 或 3000 VDC 的情況下提供穩(wěn)壓或非穩(wěn)壓輸出。工作溫度可從 -40 °C 到 +100 °C。由于其交換頻率較高 (400 MHz)，因此有關(guān)轉(zhuǎn)換器的效率可高達(dá) 85%。

內(nèi)置特性

就那些希望實(shí)施微型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員而言，此設(shè)備具備多種內(nèi)置特性，可簡(jiǎn)化系統(tǒng)集成和設(shè)計(jì)工作?，F(xiàn)有的許多產(chǎn)品都包括過(guò)熱保護(hù)、短路保護(hù)以及內(nèi)部濾波功能。某些更先進(jìn)的轉(zhuǎn)換器還可實(shí)現(xiàn)設(shè)備間同步。如果一個(gè)應(yīng)用在一塊 PC 板上使用的轉(zhuǎn)換器不止一個(gè)，那么可能生成拍頻或其它電氣干擾。DCP010512B 和 DCR010505 轉(zhuǎn)換器 (圖 1) 用內(nèi)置的同步控制功能解決了這一問(wèn)題，此功能可使多個(gè)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)彼此同步。該功能非常方便，只需將 SYNCIN 引腳連接在一起，即可使設(shè)計(jì)人員最多能夠?qū)崿F(xiàn)八部器件的同步，這就消除了交換頻率造成的電氣干擾。

構(gòu)造

目前，DC/DC 轉(zhuǎn)換器技術(shù)繼續(xù)致力于實(shí)現(xiàn)更高密度、更高效率以及更小封裝的轉(zhuǎn)換器。一種創(chuàng)新性突出的轉(zhuǎn)換器采用與標(biāo)準(zhǔn)集成電路 (IC) 封裝相同的方式制造，包括雙列直插式 (DIL) 和小外形 (SO) 等封裝（圖 2）。其采用 IC 引線框架作為 IC 封裝中硅芯片器件與磁性組件互連的介質(zhì)（圖 3），這樣就得到了隔離式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，可實(shí)現(xiàn)高可靠性、出色的熱管理、小巧的外觀，并能與標(biāo)準(zhǔn)的板組裝工藝相兼容。標(biāo)準(zhǔn)的 IC 格式還可實(shí)現(xiàn)卷帶組裝，這有助于降低制造成本。

不同的配置

微型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的輸出電隔離通過(guò)串聯(lián)連接多個(gè)轉(zhuǎn)換器，可生成非標(biāo)準(zhǔn)電壓軌。只需將一部轉(zhuǎn)換器的正輸出連接至另一部轉(zhuǎn)換器的負(fù)輸出即可實(shí)現(xiàn)這一目的，從而能夠產(chǎn)生多種電壓變化。某些雙輸出轉(zhuǎn)換器的輸出還可串聯(lián)相連，從而使可提供的輸出電壓的幅度達(dá)到兩倍。圖 4 給出了雙 ±15 V 轉(zhuǎn)換器的連接示意圖，其可提供30 V 電壓軌 [3]。

如果單個(gè)轉(zhuǎn)換器不能提供所需的輸出電力，那么并聯(lián)連接多個(gè)轉(zhuǎn)換器可以解決此問(wèn)題。采用并聯(lián)連接的話，一個(gè)比較好的設(shè)計(jì)原則就是保證并聯(lián)的轉(zhuǎn)換器為同一類型。圖 5 顯示了兩個(gè)并聯(lián)連接的轉(zhuǎn)換器 [2]。